CN114338842A - 蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统及通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统及通信方法，系统包括：采集单元、控制单元、通讯单元和存储单元。控制单元包括解析子单元和配置子单元、配置子单元用于根据蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，还用于根据功能需求信息配置系统功能。本发明将蓝牙三协议兼容在一个嵌入式系统中，可以满足和andriod、IOS、Windows的不同设备的数据交互，同时还能实现不同协议的切换，从而实现不同协议与不同速率数据的正常通讯，解决了不同的协议下，传输速率的不同造成数据乱码与传输通道堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统及通信方法。
背景技术
嵌入式设备中的蓝牙协议都采用单一协议，通常为SPP(Serial Port Profile)协议、BLE(Bluetooth low energy)协议或HID(The Human Interface Device)协议中的一种。三种协议单一使用于不同场景中，应用技术也各有特色。目前市面上很多应用场景，使用者使用单一协议的嵌入式设备，局限性比较大，要是开发新的适配方案，人力的投入成本大以及项目周期时间长。三种协议的速率、功耗存在互斥关系，无法在三者之间进行合理的取舍。同时，在外部输入条件匮乏的情况下，嵌入式设备想要快速实现协议切换以及功能设置，难度很大且操作繁琐。
发明内容
本发明提供一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统及通信方法，用以解决现有技术中缺乏能同时兼容三种蓝牙协议的嵌入式设备的缺陷，实现与不同系统终端中的蓝牙建立连接，并实现数据的传输。
本发明提供一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，包括：
采集单元，用于采集条码信息或标签信息；
控制单元，所述控制单元包括解析子单元和配置子单元；
所述解析子单元用于根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，还用于根据条码信息或标签信息解析出功能需求信息；
条码信息
所述配置子单元用于根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，还用于根据功能需求信息配置系统功能；
通讯单元，用于将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接；
存储单元，用存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集单元的采集方式。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述差异化接口包括PUD修改接口。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述蓝牙协议设置信息包括通讯方式设置为SPP协议、BLE协议或HID协议中的任一种。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述系统还包括超时监测单元，用于在监测到蓝牙通讯异常后断开连接。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述系统还包括指示交互单元，用于通过指示灯闪烁频率提示所加载的蓝牙协议。
根据本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，所述条码信息包括设置码和功能码。
本发明还提供一种通信方法，用于实现系统与不同通信协议的终端之间的通信，包括：
系统采集条码信息或标签信息，根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，根据条码信息或标签信息解析出功能需求信息，存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集方式；
系统根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，根据功能需求信息配置系统功能；
系统将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接，进行通信。
根据本发明提供的一种通信方法，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
根据本发明提供的一种通信方法，所述差异化接口包括PUD修改接口。
根据本发明提供的一种通信方法，系统在监测到蓝牙通讯异常后与终端断开连接。
根据本发明提供的一种通信方法，所述条码信息包括设置码和功能码。
本发明提供的一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统及通信方法，将三协议兼容在一套系统中，使用者可以根据不同系统的连接设备进行不同协议的选择，与不同系统(andriod、IOS、Windows)设备中的蓝牙建立连接，并实现数据的传输。通过采集条码信息，并解析出蓝牙协议设置信息和功能需求信息，可以将几十种功能与设置项目进行可选择性的配置，实现单一扫描情况下多配置的人机交互。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统硬件示意图；
图3是本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统软件示意图；
图4是本发明实施例提供的通信方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1描述本发明的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，包括：
采集单元101，用于采集条码信息或标签信息；
控制单元102，所述控制单元包括解析子单元103和配置子单元104；
所述解析子单元103用于根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，还用于根据条码信息或标签信息解析出功能需求信息；
所述配置子单元104用于根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，还用于根据功能需求信息配置系统功能；
通讯单元105，用于将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接；
存储单元106，用存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集单元的采集方式。
需要说明的是，所述蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统可以是手持终端，所述与系统建立连接的终端为应用端，应用端可应用的电子设备有Windows系统的电脑与平板、andriod系统的手机与平板以及IOS系统的平板、电脑与手机。手持终端具有扫描与UHF两大物联网功能。在手持终端开机的状态下，通过模式键可以将手持终端的采集方式在扫描与UHF进行切换。在UHF模式下手持终端通过UHF可以以特定的无线电波获取到电子标签的内容，并将其内容通过空口协议解析成数字信号，经过控制单元处理以后以特定格式通过蓝牙发送给连接的终端。在扫描模式下，手持终端通过扫描模组可以识别到二维码中的信息，并将其转换成数字信号，通过串口发送给控制单元。经过控制单元的处理以后以特定格式通过蓝牙发送给连接的终端。采集模式选定后，存储单元会存储采集单元的采集方式便于应用在进行后续通讯过程中的采集。
本发明实施例的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，可以通过无线的方式将采集的数据发送到终端，使用者可以通过需要连接的设备系统的进行不同协议设置，此时使用者只需要通过手持终端中的扫描头扫描不同的蓝牙协议设置信息和功能需求信息来实现不同协议的配置，在配置完成以后，通过两个设备的蓝牙建立相应的数据传输通道，然后使用手持终端上的触发键读取标签与条码，此时读取的数据在建立的数据通道可以把数据传输到设备的应用端，从而实现数据的采集与交互。
在本发明的至少一个实施例中，所述蓝牙协议设置信息包括通讯方式设置为SPP协议、BLE协议或HID协议中的任一种。
需要说明的是，SPP协议是安卓最基础的蓝牙协议，在物联网设备中集成度比较高，虽然功耗高，但是速率高在数据采集中比较占优势，可以在短时间内在手持终端之间发送大量的数据，从而提升传输效率，不影响手持终端的通讯速度。BLE协议是具有低功耗、低时延、远距离等优势，被广泛用于嵌入式设备中，但是低速率与协议交互式通讯却降低了数据的传输速率。HID协议是人机设备接口中的协议，主要用于键盘或者鼠标与电脑的数据交互，为了方便的将采集的数据传输到电脑上，在手持终端上开发蓝牙HID键盘是最佳的选择。三种协议各有优劣势，在数据传输与协议的设置上存在兼容难度大与接口不统一。
在本发明的至少一个实施例中，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
需要说明的是，所述公共接口存储在一个文件夹中，所述差异化接口存储在另一个文件夹中，当配置子单元根据获取蓝牙协议设置信息后，会根据选择的蓝牙协议所包含的接口从两个文件夹中选择出合适的接口组合，从而实现所选蓝牙协议的接口配置。
在本发明的至少一个实施例中，所述差异化接口包括PUD修改接口。
需要说明的是，BLE协议是具有低速率的劣势，造成数据传输速率只能达到50Byte/s。通常的BLE协议中数据通道的PUD大小是27字节，其中L2CAP的帧头占4个字节以及句柄通知占3个字节，真正传输的数据的大小只有20字节，终端设备在读取超高频标签时，每条标签的数据至少在31字节，这样的话，传输一条标签的数据，在BLE协议中需要将其分成两包数据进行传输。要是终端设备的命令与数据变大时，这种传输方式极大了降低了传输速率。
为了解决此问题，本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统根据传输的命令与数据的规律，通过PUD修改接口，将BLE协议中的数据通道PUD改为96字节，其中L2CAP的帧头占4个字节以及句柄通知占3个字节，每包传输数据的大小为89字节，这样在传输大条码数据与UHF标签命令与数据时，分包的次数减少，从而提升了数据的传输速率。
在本发明的至少一个实施例中，所述系统还包括超时监测单元，用于在监测到蓝牙通讯异常后断开连接。
需要说明的是，蓝牙协议中连接超时默认时间为20s，在手持终端与设备建立连接的过程中异常断开或者远距离情况下通讯异常，手持终端仍然保持蓝牙的连接无法进行正常再次连接或者通讯。
本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统将监测时间设置为2S，在蓝牙通讯异常时，手持终端会在2S时间监测到蓝牙已断开，从而实现蓝牙的断开连接，使用者可以通过再次连接保证正常通讯。
在本发明的至少一个实施例中，所述系统还包括指示交互单元，用于通过指示灯闪烁频率提示所加载的蓝牙协议。
需要说明的是，使用者可以通过手持终端上的指示灯可以判断出所加载的协议。蓝牙指示灯在高频闪烁时说明手持终端是SPP模式；中频闪烁时说明手持终端是BLE模式；低频闪烁时说明手持终端是无配对设备信息的HID模式，低中频闪烁时说明手持终端是已有配对设备信息，正在尝试连接设备的HID模式。
在本发明的至少一个实施例中，所述条码信息包括设置码和功能码。所述设置码包括开始设置、退出并保存、退出不保存、恢复出厂设置、使能SPP协议、使能HID协议、使能BLE协议。所述功能码包括语言键盘切换、设置蜂鸣器、获取软件版本号、设置传输间隔、设置GBK编码、设置UTF-8编码、设置word模式、设置Excel&txt模式、设置后缀、UHF功率设置、读取UHF固件版本、读取输出功率、读取频率范围、读取工作温度、设置实时盘存、设置自定义盘存。
需要说明的是，在本系统中特定设定的功能码与设置码通过10位数组成，将此10位数通过专业的条码生成工具生成对应的二维条码，并且按照功能不同所代表的的数据不同，形成不能功能所代表的相对应的二维条码，不同的功能与设置所代表的数在软件上具有唯一性。通过设置码与功能码来实现不同协议的切换，在外部条件切换以后，将结果保存在手持终端的内存中，系统根据内存中的功能在软件上实现不同协议的接口调用以及数据的传输，从而实现不同协议与不同速率数据的正常通讯，以此解决不同的协议下，传输速率的不同造成数据乱码与传输通道堵塞的问题。
在本发明的至少一个实施例中，控制单元在接收到数据进行比对以后要是设置码与功能码都属于系统存储的可执行列表中，便可以执行相应的设置。
如图2所示，为本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统硬件示意图，本实施例中系统为一手持终端，包括扫描头模组、UHF模组和主板，所述主板包括MCU控制单元、蓝牙通讯单元、Flash存储单元、电源单元、按键与指示交互单元和USB单元。
扫描头模组用于识别二维码中的信息，并将其转换成数字信号，通过串口发送给MCU控制单元。MCU在接收到数据进行比对以后执行不同功能的设置以及数据传输。
另外在进行功能与条码设置时，需要先进行“开始设置”，只有在开始设置的状态下才能进行相应的设置，在所有的设置完成以后，最后进行“退出保存”或者“退出不保存”，“退出保存”才能实现相应的设置信息保存于Flash存储单元中，而“退出不保存”会对于此次设置的数据进行失效处理。
UHF模组用于对标签进行读取，主要通过模组发射特定频率的无线电波从而形成电磁场，标签在磁场的范围内的话，接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，UHF模组读取标签信息以后通过接口协议进行解码成数字信号，并通过串口将数字信号发送给MCU控制单元。
MCU控制单元是整个系统的核心，其中扫描与UHF控制、蓝牙协议、数据采集与处理、人机交互以及电源控制以及USB数据传输的软件都运行在MCU的内核中。
需要说明的是，本发明实施例MCU采用STM32F4系列的32位微控制器，基于
-M4的STM32F4MCU采用了意法半导体的NVM工艺和ART AcceleratorTM，在168MHz频率下，从Flash存储器执行时，STM32F4能够提供210DMIPS/566CoreMark性能，并且利用意法半导体的ART加速器实现了FLASH零等待状态。DSP指令和浮点单元扩大了产品的应用范围。同时支持丰富的连接功能以及1M Flash存储，为多功能、多配置以及多模式的开发提供了有力的保障。
蓝牙通讯单元采用TI的第七代蓝牙核心芯片CC2564，此蓝牙芯片符合蓝牙4.1的兼容方案，是一套完整的蓝牙BR/EDR/LE的HCI解决方案。
需要说明的是，所述蓝牙通讯单元与STM32F4的单片机系统耦合连接以后，可以实现的配置文件达10种(高级音频分发配置文件(A2DP)：A3DP实施、音频/视频传输协议(AVDTP)、音频/视频远程控制模式(AVRCP)、通用访问模式(GAP)、耳机配置文件(HSP)、免提模式(HFP)、人机交互设备配置文件(HID)、消息访问配置文件(MAP)、电话薄访问配置文件(PBAP)、串行端口配置文件(SPP))以及蓝牙低功耗15种模式(警报通知服务(ANS)、电池服务(BAS)、循环速度和Cadence服务(CSCS)、设备信息服务(DIS)、Find Me模式(FMP)、通用访问模式服务(GAPS)、通用属性模式(GATT)、医疗温度计服务(HTS)、心率服务(HRS)、人机接口设备服务(HIDS)、及时警报服务(IAS)、链路断开服务(LLS)、电话警报状态服务(PASS)、近距传感模式(PXP)、发射功率服务(TPS))。在基础上加载三种模式的配置时可以实现的，并且可以通过软件进行灵活调整与设置。
Flash存储单元采用华邦的大容量SPI Flash产品，型号为W2564Q，此存储单元在灵活性与性能方面远远超过普通的串行闪存器件。
需要说明的是，W25Q64将8M字节的容量分为128个块，每个块大小为64K字节，每个块又分为16个扇区，每个扇区4K个字节。W25Q64的最小擦除单位为一个扇区，也就是每次必须擦除4K个字节。所以，这需要给W25Q64开辟一个至少4K的缓存区，这样必须要求芯片有4K以上的SRAM才能有很好的操作。
电源单元采用3.8V/5700mAH的聚合物锂电池进行降压以后给整个系统供电，同时通过高度集成具有开关模式电池充电管理与系统电源路径管理的电源路径管理芯片BQ24295给电池充电。
按键与指示交互单元是人机交互的中介，操作使用者通过此单元可以知道设备的开关机状态、工作模式、蓝牙模式，数据采集的状态等信息，在此设备中集成的按键有开机键、模式键、蓝牙键和触发键、集成的指示灯有蓝牙蓝色灯、开机红色灯、采集到数据绿色灯、没有采集到数据红色灯、充电中红色灯、充满电绿色灯、UHF模式绿色灯以及扫描模式红色灯。
USB单元用于对于MCU控制单元的固件升级以及通过此接口接入到电源路径管理芯片实现对于电池的外部充电。
需要说明的是，本发明实施例实现建立连接的具体操作流程如下：
通过扫描模组扫描“开始设置”的二维码，在相应的数据获取到以后，经过MCU控制单元的对比与分析以后，确定是设置码的数据以后，手持终端会进入到设置模式，在设置模式时，只要扫描的二维码是设置码或者功能码，手持终端中的蜂鸣器会发声高、中、低频三声短音，若是非设置码或者功能码时，手持终端中的蜂鸣器会发声一声低频长音，然后扫描模组扫描“BLE模式或者HID模式”的二维码，只有在手持终端在设置模式的情况下，才会对于获取的数据进行对比与分析，在完成以后便将相应的功能保存于Flash单元中，最后可以通过扫描模组扫描“退出保存”的二维码，在相应的数据获取到以后，经过MCU控制单元的对比与分析以后，确认相应的功能以后，MCU控制单元会运行对应模式的协议软件，同时蓝牙蓝色灯的闪烁频率会进行相应的调整，从而体现手持终端目前所运行的协议，蓝牙蓝色灯在高频闪烁时说明手持终端是SPP模式；中频闪烁时说明手持终端是BLE模式；低频闪烁时说明手持终端是无配对设备信息的HID模式，低中频闪烁时说明手持终端是已有配对设备信息，正在尝试连接设备的HID模式。
如图3所示，是本发明实施例提供的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统软件示意图，在该实施例中，该系统与上述实施例中蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网手持终端的硬件所对应。
系统包括物联网的协议层、控制与通讯层以及输出处理层；
所述协议层包括HID蓝牙协议、SPP蓝牙协议、BLE蓝牙协议；
所述控制与通讯层包括扫描数据处理和UHF数据处理；
所述输出处理层包括按键与指示灯控制和MCU控制与通讯。
下面对本发明提供的通信方法进行描述，下文描述的通信方法用于实现上述系统与不同通信协议的终端之间的通信，如图4所示的通信方法，包括如下步骤：
步骤401、系统采集条码信息或标签信息，根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，还用于根据条码信息或标签信息解析出功能需求信息，存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集单元的采集方式；
步骤402、系统根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，根据功能需求信息配置系统功能；
步骤403、系统将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接，进行通信。
在本发明的至少一个实施例中，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
在本发明的至少一个实施例中，所述差异化接口包括PUD修改接口。
在本发明的至少一个实施例中，系统在监测到蓝牙通讯异常后与终端断开连接。
在本发明的至少一个实施例中，所述条码信息包括设置码和功能码。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (12)
1.一种蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，包括：
采集单元，用于采集条码信息或标签信息；
控制单元，所述控制单元包括解析子单元和配置子单元；
所述解析子单元用于根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，还用于根据条码信息或标签信息解析出功能需求信息；
所述配置子单元用于根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，还用于根据功能需求信息配置系统功能；
通讯单元，用于将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接；
存储单元，用存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集单元的采集方式。
2.根据权利要求1所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
3.根据权利要求2所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述差异化接口包括PUD修改接口。
4.根据权利要求1至3中任一所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述蓝牙协议设置信息包括通讯方式设置为SPP协议、BLE协议或HID协议中的任一种。
5.根据权利要求1至3中任一所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述系统还包括超时监测单元，用于在监测到蓝牙通讯异常后断开连接。
6.根据权利要求1至3中任一所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述系统还包括指示交互单元，用于通过指示灯闪烁频率提示所加载的蓝牙协议。
7.根据权利要求1至3中任一所述的蓝牙三协议兼容的嵌入式物联网系统，其特征在于，所述条码信息包括设置码和功能码。
8.一种通信方法，其特征在于，用于实现系统与不同通信协议的终端之间的通信，包括：
系统采集条码信息或标签信息，根据所述条码信息解析出蓝牙协议设置信息，还用于根据所述条码信息或标签信息解析出功能需求信息，存储所述蓝牙协议设置信息、所述功能需求信息和采集方式；
系统根据所述蓝牙协议设置信息配置蓝牙协议的接口，根据功能需求信息配置系统功能；
系统将所述蓝牙协议设置信息中包含的蓝牙协议进行广播，并与包含相同蓝牙协议的终端建立连接，进行通信。
9.根据权利要求8所述的通信方法，其特征在于，所述蓝牙协议的接口包括SPP协议、BLE协议和HID协议的公共接口和差异化接口。
10.根据权利要求9所述的通信方法，其特征在于，所述差异化接口包括PUD修改接口。
11.根据权利要求8至10中任一所述的通信方法，其特征在于，系统在监测到蓝牙通讯异常后与终端断开连接。
12.根据权利要求8至10中任一所述的通信方法，其特征在于，所述条码信息包括设置码和功能码。
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